CN111681968A - 一种验证金属后腐蚀缺陷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，属于半导体集成电路领域，在金属刻蚀完成后将金属裸露放置在FAB环境中，直至金属表面出现腐蚀缺陷，记录金属表面出现腐蚀缺陷的时间，其中，FAB环境的试验参数为，温度21～25℃、湿度40％～50％，风速为0.2～0.4m/s。本方法在半导体集成电路的生产环境中即可实施操作，无需特殊的验证工具，且本发明的验证方法在6小时内即可检测出后腐蚀缺陷，显著缩短了金属后腐蚀缺陷的验证周期。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路领域，涉及一种验证金属后腐蚀缺陷的方法。
背景技术
半导体集成电路生产中经常使用到金属干法刻蚀流程，在干法刻蚀中，等离子体刻蚀是经常使用的刻蚀方法，现有的干法刻蚀大多是物理和化学混合作用机理，虽然干法刻蚀相比于湿法刻蚀不需要在刻蚀后进行冲洗。但是刻蚀过程依然无法完全控制，有可能导致刻蚀后还存在金属的后腐蚀缺陷。因此，对半导体集成电路中的金属后腐蚀缺陷的检测显得至关重要。
记载在微电子技术中的一篇名为《干法刻蚀铝合金引线产生的后腐蚀及其对策》的文献中记载了金属后腐蚀缺陷的检测方法，即现用的针对半导体集成电路生产过程金属后腐蚀缺陷的检测方法有：“湿盒子”(WETBOX，在片盒中加水150毫升)验证方法：a)将刻蚀完成的金属放在“湿盒子”(WETBOX)中，放置一定时间后确认无后腐蚀缺陷为标准。b)在样品表面使用水进行处理，提供激发后腐蚀所需要的水分，之后测试“湿盒子”(WETBOX)。c)把样品放置在双氧水中，加速后腐蚀形成。d)样品浸入去离子水中，用离子色谱测试金属上CL离子数量。e)把样品在铝湿法腐蚀液中几秒，因潜在后腐蚀处，自然氧化层未形成，此处的AL侧壁会立即溶解，通过SEM估计金属侧壁的“孔”，可显示出潜在的后腐蚀。研究结果发现：b)与a)中的“湿盒子”(WETBOX)相仿；c)与d)需要专门的验证工具(双氧水专用器具以及色谱仪器)；由于后腐蚀缺陷在圆片上是随机分布，位置不定，e)方法为抽取样点进行检测，具有随机性。
综上所述，在以上金属后腐蚀检测方法中，由于操作简单，可实施性强的原因，“湿盒子”(WETBOX)的方法在半导体集成电路生产中被普遍使用，但“湿盒子”(WETBOX)方法一般的验证时间为48小时，实验须在48小时后才能出结果，比较耗时。因此，亟需发展一种新的能够在短时间内完成金属后腐蚀验证的方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，以解决现有的湿盒子法检测过程耗时较长的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，将刻蚀后的金属置于FAB环境中静置3～6h，直至金属表面出现腐蚀缺陷；所述FAB环境的实验参数为：温度为21～25℃，湿度为40％～50％，垂直于金属表面的风速为0.2～0.4m/s。
优选地，刻蚀后的金属表面开设有金属图形，所述金属图形的宽度最大为0.5微米。
金属的刻蚀方法为干法刻蚀；
优选地，通过氯气、三氯化硼、氩气和氮气的混合气体对金属表面进行刻蚀。
优选地，刻蚀之后还包括对金属表面进行去胶和清洗的过程。
进一步优选地，去胶过程采用的气体为氧气、氮气和水蒸气的混合气体；去胶温度为240～260℃。
进一步优选地，清洗过程包括依次进行的EKC清洗、IPA清洗和冲水甩干。
进一步优选地，刻蚀和去胶均在真空条件下进行，真空压力最大为2.0Torr。
优选地，金属以铝硅铜材料作为衬底。
优选地，衬底中，硅的含量为1％，铜的含量为0.5％。
优选地，通过显微镜观察金属表面的腐蚀缺陷。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，金属刻蚀完成后将其裸露放置在FAB环境中，直至金属表面出现腐蚀缺陷，记录金属表面出现腐蚀缺陷的时间，其中，FAB环境的试验参数为，温度21～25℃、湿度40％～50％，垂直于金属表面的风速为0.2～0.4m/s。因为在垂直于金属表面设置有一定的风速，能够对金属表面进行强力吹扫，在一定的温湿度条件下，能够使FAB环境中的空气气氛在人为设置的风速带领下对金属表面进行有力的冲击，若金属表面有腐蚀缺陷，则FAB环境中的空气气氛能够迅速进入金属表面的腐蚀缺陷中，进而加速缺陷部位的腐蚀。本方法在半导体集成电路的生产环境中即可实施操作，无需特殊的验证工具，且本发明的验证方法在6小时内即可检测出后腐蚀缺陷，显著缩短了验证周期。本发明方法可以用于针对半导体集成电路生产过程中的各个工序进行后腐蚀缺陷验证，确认出各个工序可优化或控制的方向。经过验证，明确金属刻蚀干法刻蚀流程中的风险点，通过对各个风险点进行控制，能够减少金属后腐蚀缺陷的发生几率。
进一步地，金属图形的宽度最大为0.5微米，宽度较大，验证金属后腐蚀缺陷的时间越长，因此，选择该宽度范围，能够保证该验证方法在保证准确度的前提下，显著地缩短验证时间。
进一步地，刻蚀过程中使用氯气、三氯化硼、氩气和氮气的混合气体进行，刻蚀过程中通过辉光放电产生游离基，在外加电场的作用下，游离基与金属材料发生物理及化学反应，形成挥发的产物，使金属表面被刻蚀。
进一步地，氧气、氮气和水蒸气的混合气体在微波源作用下产生氧自由基，与光刻胶反应生成碳氢类可挥发的副产物，从而达到去除光刻胶目的的过程；去胶温度250℃，能够增加去胶的速率同时可以避免水汽凝结，干法刻蚀后光刻胶内氯离子含量较高，需要及时去除光刻胶，避免氯离子继续对金属造成腐蚀。
进一步地，通过使用湿法溶剂浸泡的方式，依次通过EKC清洗、IPA清洗以及冲水甩干，对金属刻蚀后的图形表面以及侧壁存在碳、氯等元素的聚合物进行清洗去除。
进一步地，使用半导体集成电路生产技术中常用的铝硅铜，使用铝金属材质可以与介质层良好附着形成欧姆接触，且工艺上易于溅射淀积；在铝膜中掺杂铜、硅可以防止电迁移、硅析出和铝刺缺陷。
附图说明
图1为金属干法刻蚀可优化控制的工序图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，该方法的工艺过程参见图1。
实施例1
首先在金属表面通过旋转涂覆的方式在金属表面形成正性光刻胶膜；使用宽度为0.2微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，并采用光刻机对涂有光刻胶的金属进行曝光，将掩膜板上的图形转移至胶膜内；最后在金属上喷淋显影液，去除曝光区域的光刻胶膜，从而在金属上形成宽度为0.2微米的金属图形；将开设有金属图形的金属放置在温度为160℃的热板上，表面使用紫外灯照射处理，使金属表面的光刻胶进行分解再聚合，增加光刻胶的抗刻蚀能力，达到固胶效果；对固胶之后的金属进行干法刻蚀，刻蚀过程中使用氯气、三氯化硼、氩气和氮气的混合气体进行，刻蚀过程中通过辉光放电产生游离基，在外加电场的作用下，游离基与金属材料发生物理及化学反应，形成挥发的产物，使金属表面被刻蚀。刻蚀采用自动抓终点方式进行，即刻蚀过程中实时监测刻蚀腔体内副产物三氯化铝的辉光强度，当辉光强度下降到规定值时即表示刻蚀完成，刻蚀完成后继续按照预设时间刻蚀，保证金属材料下其他介质层具有一定的损失量，进而确保金属完全刻蚀干净。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度21℃、湿度40％，风速为0.2m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例2
采用同实施例1的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为250℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度21℃、湿度40％，风速为0.2m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例3
使用宽度为0.25微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，刻蚀后在金属上形成宽度为0.25微米的金属图形，其他条件通实施例1。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度21℃、湿度42％，风速为0.32m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例4
采用同实施例3的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为240℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度21℃、湿度42％，风速为0.32m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例5
使用宽度为0.3微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，刻蚀后在金属上形成宽度为0.3微米的金属图形；其他条件通实施例1。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度24℃、湿度45％，风速为0.28m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例6
采用同实施例5的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为260℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度24℃、湿度45％，风速为0.28m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例7
使用宽度为0.35微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，刻蚀后在金属上形成宽度为0.35微米的金属图形；其他条件通实施例1。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度24℃、湿度45％，风速为0.3m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例8
采用同实施例7的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为255℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度24℃、湿度45％，风速为0.3m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例9
使用宽度为0.4微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，刻蚀后在金属上形成宽度为0.4微米的金属图形；其他条件通实施例1。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度25℃、湿度50％，风速为0.4m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例10
采用同实施例9的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为255℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度25℃、湿度50％，风速为0.4m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例11
使用宽度为0.5微米的金属图形的掩膜板覆盖金属，刻蚀后在金属上形成宽度为0.5微米的金属图形；其他条件通实施例1。
将刻蚀后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度25℃、湿度47％，风速为0.35m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
实施例12
采用同实施例11的方法制备干法刻蚀后的金属，刻蚀之后对金属进行去胶，去胶温度为255℃，去胶后在机台的真空冷却腔中进行降温，降温后首先进行EKC清洗，去除干法刻蚀后金属材料表面以及金属侧壁的聚合物，之后进行IPA清洗，去除金属表面的EKC溶液残留，清洗之后进行冲水甩干。
将冲水甩干后的金属置于FAB环境中，FAB环境的试验参数为：温度25℃、湿度47％，风速为0.35m/s，并通过显微镜对金属表面进行观察，直至金属表面出现腐蚀缺陷。
在上述实施例中，采用微波干法单片去胶的方式去胶。
采用实施例1和实施例2的方法分别制备三个金属，对三个金属分别使用湿盒子法和本发明方法对刻蚀后、清洗后的金属进行缺陷验证，每个方法得到三组结果，如表1所示。
表1实施例1和实施例2的金属后腐蚀验证结果
对上述实施例处理的金属分别使用湿盒子法和本发明方法对刻蚀后、清洗后的金属进行缺陷验证，结果如表2所示。
表2本发明方法与“湿盒子”方法验证金属后腐蚀缺陷的结果
由上表可知，相同工艺作业后，使用本发明方法在3小时后即可检查出后腐蚀缺陷，且三次重复率可达到100％；使用“湿盒子”(WETBOX)方法的检测时间较长，且三次检查重复性较差。
在本发明的实施例中，使用的是扫描式深紫外线光源光刻机进行刻蚀；去胶与干法刻蚀是在一个机台的不同腔体内完成，传输过程均在真空条件下进行，腔体的真空压力小于等于2.0Torr。
综上所述，使用本发明方法可以针对半导体集成电路生产过程中的各个工序进行后腐蚀缺陷验证，确认出各个工序可优化或控制的方向。经过验证，明确金属刻蚀干法刻蚀流程中的风险点，通过对各个风险点进行控制，能够减少金属后腐蚀缺陷的发生几率。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，将刻蚀后的金属在FAB环境中静置2～6h，直至金属表面出现腐蚀缺陷；所述FAB环境的实验参数为：温度为21～25℃，湿度为40％～50％，垂直于金属表面的风速为0.2～0.4m/s。
2.根据权利要求1所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，刻蚀后的金属表面开设有金属图形，所述金属图形的宽度最大为0.5微米。
3.根据权利要求1所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述金属的刻蚀方法为干法刻蚀；通过氯气、三氯化硼、氩气和氮气的混合气体对金属表面进行刻蚀。
4.根据权利要求1所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，刻蚀之后还包括对金属表面进行去胶和清洗的过程。
5.根据权利要求4所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述去胶过程中所用的气体为氧气、氮气和水蒸气的混合气体；去胶温度为240～260℃。
6.根据权利要求4所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述清洗包括依次进行的EKC清洗、IPA清洗和冲水甩干。
7.根据权利要求4所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述刻蚀和去胶均在真空条件下进行，真空压力最大为2.0Torr。
8.根据权利要求1所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述金属以铝硅铜材料作为衬底。
9.根据权利要求8所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，所述衬底中，硅的含量为1％，铜的含量为0.5％。
10.根据权利要求1所述的验证金属后腐蚀缺陷的方法，其特征在于，通过显微镜观察金属表面的腐蚀缺陷。
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